9.14齿轮常用材料及热处理 |
为了保证齿轮工作的可靠性,提高其使用寿命,齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。 对齿轮材料的基本要求是:应使齿面具有足够的硬度和耐磨性,齿心具有足够的韧性,以防止齿面的各种失效,同时应具有良好的冷、热加工的工艺性,以达到齿轮的各种技术要求。 常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大,轮坯不易锻造时,可采用铸钢;开式低速传动时,可采用灰铸铁或球墨铸铁、低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形,轮齿也易折断,宜选用综合性能较好的钢材;高速齿轮易产生齿面点蚀,宜选用齿面硬度高的材料;受冲击载荷的齿轮,宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动,也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。常用的齿轮材料及其力学性能列于下表。 |
钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种: |
●表面淬火
表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢,如 45、 40Cr钢等。表面淬火后,齿面硬度一般为40~55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好;由于齿心部分未淬硬,齿轮仍有足够的韧性,能承受不大的冲击载荷。 |
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●渗碳淬火 渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢,如 20、 20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56~62HRC,而齿轮心部仍保持较高的韧性,轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高,耐磨性较好,常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后,轮齿变形较大,应进行磨削加工。 |
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●渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理,齿面硬度可达700~900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高,工艺温度低,变形小,故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮,常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢,如38CrMoAl等。 |
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●调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钥,如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220~280HBS。因硬度不高,轮齿精加工可在热处理后进行。 |
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●正火 正火能消除内应力,细化晶粒,改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理,大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 |
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根据热处理后齿面硬度的不同,齿轮可分为软齿面齿轮(≤350HBS)和硬齿面齿轮(>350HBS)。一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性,并使配对的大小齿轮寿命相当,通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30~50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动,可采用硬齿面齿轮组合,齿面硬度可大致相同。
常用齿轮材料及其力学性能 |
类 别 | 材料牌号 | 热处理方法 | 抗拉强度 σb/MPa | 屈服点σs/MPa | 硬度 (HBS或HRC) | 优质碳素钢 | 35 | 正火 | 500 | 270 | 150~180HBS | 调质 | 550 | 294 | 190~230HBS | 45 | 正火 | 588 | 294 | 169~217HBS | 调质 | 647 | 373 | 229~286HBS | 表面淬火 | 40~50HRC | 50 | 正火 | 628 | 373 | 180~220HBS | 合金结构钢 | 40Cr | 调质 | 700 | 500 | 240~258HBS | 表面淬火 | 48~55HRC | 35SiMn | 调质 | 750 | 450 | 217~269HBS | 表面淬火 | 45~55HRC | 40MnB | 调质 | 735 | 490 | 241~286HBS | 表面淬火 | 45~55HRC | 20Cr | 渗碳淬火 后回火 | 637 | 392 | 56~62HRC | 20CrMnTi | 1079 | 834 | 56~62HRC | 38CrMnAlA | 渗氮 | 980 | 834 | >850HV | 铸 钢 | ZG45 | 正火 | 580 | 320 | 156~217HBS | ZG55 | 650 | 350 | 169~229HBS | 灰铸钢 | HT300 | | 300 | | 185~278HBS | HT350 | 350 | | 202~304HBS | 球墨铸铁 | QT600-3 | | 600 | 370 | 190~270HBS | Qt700-2 | 700 | 420 | 225~305HBS | 非金属 | 夹布胶木 | | 100 | | 25~35HBS |
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